Investigación

¿En qué temas de investigación estamos trabajando?

El Grupo MICROBIO desarrolla sus investigaciones en el campo de la Microbiología de Alimentos y de la Biotecnología Enzimática siguiendo un enfoque multidisciplinar que explora diferentes formas de abordar la mejora en la calidad y seguridad de los alimentos como elemento esencial en la salud humana.

Revalorización de subproductos de la industria alimentaria como fuente de compuestos bioactivos útiles
para la mitigación de la infección humana por Helicobacter pylori

Los subproductos obtenidos del proceso de elaboración del vino y del aceite de oliva, dos de los principales productos de la industria alimentaria española, son muy abundantes y su vertido representa un problema medioambiental de gran impacto ecológico. Sin embargo, estos subproductos son ricos en diversos compuestos bioactivos que han demostrado ser eficaces frente a diferentes patógenos humanos. Esta investigación se basa en la hipótesis de que estos subproductos pueden revalorizarse significativamente mediante el desarrollo de estrategias que permitan su conversión en fuente de extractos bioactivos frente a Helicobacter pylori, uno de los principales patógenos bacterianos humanos, que infecta aproximadamente al 50% de la población mundial, y que está implicado en patologías que van desde la gastritis, la inflamación crónica de la mucosa gástrica y la úlcera péptica, hasta la aparición de cáncer gástrico. La obtención de extractos eficaces frente a H. pylori constituiría una herramienta que permitiría incorporar nuevas pautas terapéuticas frente a este patógeno, disminuyendo la elevada carga antibiótica de la mayor parte de los tratamientos actuales y constituyendo una alternativa para el 20% de personas infectadas con síntomas (140 millones de personas en todo el mundo) para las cuales el tratamiento con antibióticos resulta ineficaz, contribuyendo por tanto a la mejora de la salud humana. Los trabajos en esta temática están financiados en la actualidad por el proyecto HELIFOOD (AGL2017-89566-R).

Nuevas estrategias para el control de Campylobacter spp., principal patógeno bacteriano asociado a los alimentos

Campylobacter spp. es en la actualidad la bacteria más aislada de enfermedades diarreicas asociadas a alimentos en todo el mundo, siendo el consumo y/o la manipulación de carne de pollo la mayor fuente de riesgo en la infección humana. Por tanto, la disminución de la presencia de Campylobacter tanto en pollos vivos como en las canales de pollo, carne de pollo o derivados de la misma debe traducirse en una disminución del riesgo de infección para el consumidor, disminuyendo también la presencia de Campylobacter en la cadena alimentaria, y contribuyendo por tanto al incremento de la seguridad alimentaria. El trabajo del grupo en esta temática se ha centrado en la búsqueda de alternativas, naturales y sostenibles, al empleo de antibióticos y/o conservantes de origen químico en el control de este patógeno alimentario, así como en estudiar que marcadores de virulencia pueden ser más determinantes para la persistencia de este microorganismo en la cadena alimentaria de la carne de pollo y cuáles son los más relacionados con su capacidad para infectar al hombre y producir la campilobacteriosis. En los últimos años estas investigaciones han estado financiadas por diferentes proyectos como CAMPYCON (AGL2009-07894), CAMPYVIR (AGL2013-47694-R) y PIE 201470E24.

Ingeniería de procesos enzimáticos en solvent-free systems. Síntesis de fosfolípidos estructurados de ácido docosahexaenoico para tratamiento de enfermedades neurodegenerativas

Las reacciones libres de disolventes son muy relevantes para la “química verde” y nos permiten diseñar procesos muy intensivos con altas velocidades y rendimientos de reacción. Por otro lado, las enzimas catalizan procesos muy selectivos sin producir sub-productos indeseables. Así, los procesos enzimáticos en reacciones libre de disolvente son casi-ideales en síntesis orgánicas, principalmente para preparar compuestos bioactivos e ingredientes alimentarios. Las modificaciones de lípidos catalizadas por lipasas y fosfolipasas son procesos sintéticos muy interesantes pero su realización en ausencia de disolvente presenta importantes problemas para su implantación industrial: los medios de reacción son muy hidrofóbicos y pueden inactivar y desestabilizar las enzimas. Además, algunas lipasas necesitan una actividad de agua controlada para mostrar una alta actividad y ello disminuye los rendimientos de síntesis. Por otro lado, los sustratos son muy viscosos y presentan problemas de transporte (hacia el catalizador y dentro del catalizador). Todo ello complica tanto el diseño del medio de reacción como el diseño de reactores continuos. En este trabajo intentamos optimizar y simplificar la ingeniería de estos procesos de gran interés industrial:
a) preparando derivados de diferentes lipasas y fosfolipasas que sean muy activos en medios completamente anhidros
b) preparando derivados inmovilizados de lipasas y fosfolipasas muy estables en medios muy hidrofóbicos (aceites, ácidos grasos, etc.)
c) optimizando diferentes proceses altamente selectivos: pe, incorporando DHA en la posición sn2 de fosfoglicerol
d) diseñando reactores donde el transporte de substratos y productos muy viscosos esté facilitado, así como la separación del biocatalizador y los productos

A modo de ejemplo de la sinergia de las distintas ingenierías aplicadas a estos procesos podríamos citar que la viscosidad, que complica considerablemente la ingeniería del reactor, se vería muy disminuida a temperaturas de reacción muy altas, pero para ello es imprescindible una excelente ingeniería de biocatalizadores enzimáticos muy estables. El proceso a optimizar en este proyecto es la síntesis de fosfolípidos estructurados conteniendo DHA en la posición sn2 y sin posibilidades de migrar mediante un bloqueo sencillo de la posición sn1. Fosfolípidos muy similares forman parte de las paredes de celulares neuronales. Por ello, estos fosfolípidos pueden ser muy relevantes en alimentación infantil y hoy en día se están postulando como excelentes tratamientos de enfermedades neurodegenerativas en la edad adulta, como el Alzhéimer o el Parkinson.

Detección y eliminación de aminas biógenas en alimentos: diseño de nuevos biosensores y nuevos catalizadores de amino oxidasas

En esta línea de investigación intentamos aplicar la biotecnología enzimática para resolver dos relevantes problemas de seguridad alimentaria, como son la detección de compuestos nocivos en alimentos y la posible eliminación de estos compuestos tóxicos transformándolos en productos inocuos. Utilizando enzimas con actividad amino oxidasa intentamos diseñar biosensores sencillos y eficientes para la detección de aminas biógenas en alimentos. Y utilizando el mismo tipo de enzimas intentamos preparar catalizadores muy activos y estables capaces de transformar las aminas biógenas en aldehídos inocuos. En este segundo caso necesitamos eliminar instantáneamente el peróxido de hidrógeno producido para que su acumulación no pueda inactivar las enzimas ni oxidar compuestos relevantes presentes en los alimentos (principalmente el vino); para ello utilizaremos enzimas con actividad catalasa.
Por tanto, los dos objetivos principales en esta línea de investigación son:
a) el diseño de biosensores de amino oxidasas para detectar aminas biogenas en alimentos.
b) y la co-inmovilizacion de las enzimas (amino oxidasa y catalasa) en el mismo soporte para lograr la eliminación instantánea del peróxido de hidrogeno producido en el proceso de oxidación.